《Pesticide Biochemistry and Physiology》：Multi-time point transcriptomics and metabolomics reveals toxic responses of imidacloprid exposure in
Aquatica leii (Coleoptera: Lampyridae)
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赤眼蜂幼虫急性吡虫啉胁迫下生理生化指标、转录组和代谢组学研究。确定96小时LC50为10 μg/L，胁迫后SOD、CAT、POD活性及MDA含量峰值出现在48小时。转录组分析显示IMI浓度梯度下差异表达基因（DEGs）数量显著增加，KEGG通路分析揭示" longevity regulating pathway"相关基因表达48小时达峰。代谢组学显示能量代谢重构，早期碳水代谢激活，后期脂代谢增强。联合分析表明IMI通过干扰嘌呤代谢和CYP450系统破坏昼夜节律，为评估吡虫啉生态风险提供新机制。
李家鹏|林建妮|刘超|王启萌|夏王欣|赵倩|吕贺|曹成全|王一平
浙江农林大学林业与生物技术学院，中国杭州311300
摘要 吡虫啉（IMI）是一种新烟碱类杀虫剂，在植物生长期间被广泛用于作物保护。然而，由于其高水溶性和稳定性，它可以通过降雨、排水、喷雾漂移等途径进入水生系统，对水生无脊椎动物造成严重损害。关于吡虫啉对水生萤火虫的生理、转录和代谢机制的科学研究有限。本研究探讨了多次点急性吡虫啉暴露对Aquatica leii 生理、转录和代谢的影响，并确认了吡虫啉在该物种中的96小时半数致死浓度（LC50）为10 μg/L。在急性吡虫啉暴露后数小时内，超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和过氧化物酶（POD）的活性以及丙二醛（MDA）含量开始上升，在48小时内达到峰值，随后开始下降。根据转录组分析，随着吡虫啉浓度的增加，差异表达基因（DEGs）的数量显著增加。生物信息学分析表明，与“寿命调节途径”相关的基因表达逐渐增强，在48小时达到峰值，随后在吡虫啉暴露后下降。代谢组分析显示，吡虫啉暴露影响了A. leii 幼虫的能量代谢，包括氨基酸、碳水化合物、脂质和核苷酸的代谢，其中碳水化合物代谢在早期阶段受到干扰，而脂质代谢在后期阶段受到影响。综合这些发现有助于从多个角度理解吡虫啉对A. leii 的毒性作用。
引言 美国环境保护署（EPA）将杀虫剂定义为用于调节害虫种群的化合物，它们在植物生长期间被广泛用于作物保护（Tudi等人，2021年；Lu等人，2024年）。由于新烟碱类杀虫剂具有广谱活性、高效率、低残留量、低毒性和高选择性，已成为全球使用最广泛的杀虫剂类别之一，占农药市场的30%以上（Fan等人，2025年；Nimako等人，2025年）。然而，由于其高水溶性和相对化学稳定性，它们可以通过降雨、排水、喷雾漂移等途径进入水生系统（Wang等人，2020年；Zhang等人，2023年；Geng等人，2025年；Oladosu和Flaws，2025年）。目前，在全球水生系统中经常检测到新烟碱类化合物的残留（Borsuah等人，2020年；Klingelh?fer等人，2022年）。其中，检测到的新烟碱类杀虫剂浓度最高的是吡虫啉（IMI）、噻虫嗪和噻虫胺，吡虫啉的最大报告浓度为320 μg/L（Stehle等人，2023年）。中国一些河流中的新烟碱类化合物浓度接近甚至超过了200 ng/L的短期急性阈值（Liu等人，2022年）。例如，在鄱阳湖流域和珠江广州段检测到了高水平的吡虫啉残留，浓度分别在2.1–42.7 ng/L和20.1–831 ng/L之间（Wang等人，2023a；Wu等人，2025年）。鉴于其广泛的检测和超过生态风险阈值的浓度，新烟碱类杀虫剂对水生生态系统构成了潜在威胁（Thunnissen等人，2022年；Merga和Van den Brink，2025年）。
吡虫啉是全球使用最广泛的新烟碱类杀虫剂，是第一代新烟碱类杀虫剂的代表产品（Bai等人，1991年；Liu等人，2023年；Perrot等人，2024年）。它是一种系统性氯烟酰类杀虫剂，含有6-氯-3-吡啶甲基杂环结构（Zhang等人，2022年；Fouad和Abdel-Raheem，2024年）。吡虫啉的作用机制独特，通过与烟碱型乙酰胆碱受体的结合干扰害虫中枢神经系统的正常突触信号传导，导致过度兴奋、麻痹和死亡（Ma等人，2021年；Hassanen等人，2023年；Hou等人，2024年；Lozano等人，2025年）。吡虫啉主要用于防治具有刺吸式口器的害虫（Ji等人，2023年），但对非目标昆虫如膜翅目（Ali等人，2024年）、蜉蝣目（Contardo-Jara和Gessner，2020年）、双翅目（Cabrera等人，2024年）和鞘翅目（Skouras等人，2021年）也具有毒性。例如，在膜翅目中，吡虫啉显著缩短了Sclerodermus alternatus 成虫的寿命和繁殖能力（Zhang等人，2025a）。长期暴露于吡虫啉会损害Apis mellifera 的觅食能力和认知功能，导致能量失衡、代谢变化和免疫缺陷（de Castro Lippi等人，2025年）。在Leptopilina drosophilae中，吡虫啉降低了寄生蜂雌性的宿主搜索行为和雄性的交配行为，这是通过下调化学感受基因表达实现的（Shi等人，2024年）。在蜉蝣目中，吡虫啉降低了Deleatidium 幼虫的存活率和活动能力（Macaulay等人，2021年）。在双翅目中，吡虫啉诱导了Drosophila melanogaster的氧化应激、能量损失、脂质动员、线粒体功能障碍和神经退化，最终导致失明（Martelli等人，2020年）。在鞘翅目中，吡虫啉对陆地萤火虫Pyrocoelia analis造成了严重毒性，导致幼虫肠道形态异常，并显著改变了抗氧化酶超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和过氧化物酶（POD）的活性以及丙二醛（MDA）的含量（Wang等人，2022年）。
Aquatica leii 是一种中国特有的水生萤火虫（Fu和Meyer-Rochow，2021年），由于种群持续减少，于2023年被正式列入《具有重要生态、科学和社会价值的陆生野生动物名录》（
https://www.gov.cn/zhengce/zhengceku/202307/content_6889361.htm ）。该物种的幼虫生活在溪流、湖泊和稻田中（Fu等人，2010年；Liu等人，2025年）。萤火虫是对水污染和农药高度敏感的环境指示生物，近年来数量显著下降，过度使用农药是导致这一现象的主要因素之一（Lewis等人，2020年；Lewis等人，2024年）。预计，作为
A. leii 的主要栖息地之一，稻田中也含有不同程度的吡虫啉残留（Akoijam和Singh，2014年；Liu等人，2024年）。例如，在中国南方稻田区域的沉积物样本中，吡虫啉是主要的新烟碱类化合物，42%的样本超过了急性风险阈值（Huang等人，2020年）。尽管对吡虫啉生态毒理效应的兴趣日益增加，但其对萤火虫的潜在负面影响仍研究不足。
目前关于A. leii 的研究主要集中在分类学和发光特性上，而很少有研究关注其适应环境变化的能力，包括在淡水栖息地中的代谢和分子机制、高温耐受性的转录调控、溶解氧水平对肠道微生物群组成和功能的影响，以及苯[a ]芘应激对miRNA和mRNA转录组的影响（Zhang等人，2019年；Zhang等人，2020年；Yang等人，2022年；Zhao等人，2023年；Liu等人，2025年）。迄今为止，尚未有全面研究探讨吡虫啉在A. leii 中的潜在毒性机制。因此，本研究聚焦于水生萤火虫A. leii，通过整合生理学、生物化学、转录组和代谢组学方法，研究了不同暴露时间（0、12、24、48、72和96小时）下吡虫啉的毒性作用。这些发现将有助于阐明新烟碱类杀虫剂对非目标水生生物的潜在毒性，并有助于萤火虫种群的保护。
实验部分 昆虫和化学物质 A. leii 的卵从中国四川省成都市青影萤火虫保护与恢复中心获得，并在浙江农林大学林业与生物技术学院的萤火虫繁殖室孵化。孵化期间，卵每隔8小时换一次水。将新孵化的幼虫放入饲养池后，开始饲养过程
急性毒性测试 对A. leii 幼虫进行96小时急性毒性实验的分析显示，吡虫啉的96小时半数致死浓度（LC50）为10 μg/L（95%置信区间：8.74–11.2 μg/L）。因此，选择5 μg/L（0.5 × LC50）的亚致死浓度进行时间依赖性毒性评估（图S1）。
吡虫啉暴露对生理和生化指标的影响 为了评估吡虫啉暴露对A. leii 的毒性影响，我们测量了暴露于吡虫啉的A. leii 幼虫的SOD、CAT和POD活性以及MDA含量
讨论 萤火虫独特的生物发光求偶行为深受学者和游客的喜爱（Fu和Zhu，2024年；Liu等人，2025年）。然而，近年来由于栖息地丧失和退化、人工光源干扰求偶信号、无节制地使用农药以及气候变化等多种因素的共同影响，萤火虫种群数量急剧下降（Lewis等人，2020年；Lewis等人，2024年）。其中，农药的使用被认为是最严重的因素之一
结论 本研究探讨了A. leii 幼虫在吡虫啉暴露后的多时间点生理变化以及转录和代谢重编程。研究结果表明，吡虫啉暴露显著改变了A. leii 幼虫的SOD、CAT和POD活性以及MDA含量。同时，转录组分析揭示了吡虫啉暴露下A. leii 幼虫的广泛转录变化。此外，KEGG分析显示大多数差异表达基因（DEGs）的表达发生了变化
CRediT作者贡献声明 李家鹏： 撰写原始稿件、方法学设计、数据分析。林建妮： 撰写原始稿件、数据可视化、方法学设计、研究实施、资金筹集、数据管理、概念构思。刘超： 撰写原始稿件、数据可视化、方法学设计、研究实施、数据分析、概念构思。王启萌： 撰写原始稿件、数据可视化、方法学设计、研究实施、数据分析、概念构思。夏王欣：
利益冲突声明 作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢 我们衷心感谢青影萤火虫保护与恢复中心 的Xiao Haorui在样本收集方面提供的宝贵帮助。本研究得到了浙江省大学生科技创新计划 （新苗人才计划）2025年（编号：2025R412C062）的财政支持。
